2.曲柄压力机.ppt

第二章曲柄压力机 一 本章教学目标及基本要求二 曲柄压力机的工作原理与型号分类三 曲柄滑块机构的运动与受力四 通用曲柄压力机的主要结构五 曲柄压力机的主要技术参数与选用 1 掌握曲柄压力机的工作原理与型号分类2 熟练分析曲柄滑块机构的运动与受力特点3 了解通用曲柄压力机的主要零部件结构4 掌握曲柄压力机的主要技术参数选用原则 一 本章教学目标及基本要求 二 曲柄压力机的工作原理和结构组成 1 JB23 63型通用压力机 2 J31 315型曲柄压力机 压力机按工作原理分为曲柄压力机 螺旋压力机和液压机三种 按工艺用途分为通用压力机和专用压力机 通用压力机是采用曲柄滑块机构的锻压机构 因此也称为曲柄压力机 曲柄压力机通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转变为锻压生产所需要的直线往复运动 在锻压生产中广泛用于冲裁 弯曲 拉深 翻边及体积成型等工序 因此 曲柄压力机是冲压设备中最基本和应用最广泛的设备 JB23 63型压力机运动原理图 1 电动机2 小带轮3 大带轮4 小齿轮5大齿轮6 离合器7 曲轴8 制动器9 连杆10 滑块11 上模12 下模13 垫板14 工作台15 机身 电动机1通过三角皮带把运动传给大皮带轮3 再经小齿轮4 大齿轮5传给曲轴7 连杆9上端装在曲轴上 下端与滑块10连接 把曲轴的旋转运动变为滑块的直线往复运动 上模11装在滑块上 下模12装在工作台的垫板13上 因此 当材料放在上下模之间时 即能进行冲裁及其它冲压成形工艺 由于生产工艺的需要 滑块有时运动 有时停止 所以装有离合器6与制动器8 压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短 也就是说 有负荷的工作时间很短 大部分时间为无负荷的空闲时间 为了使电动机的负荷均匀 有效地利用能量 因而装有飞轮 大皮带轮3即起飞轮的作用 JB23 63型压力机工作原理 J31 315型压力机外形图 J31 315型压力机运动原理图 1 电动机2 小带轮3 大带轮4 制动器5 离合器6 8 小齿轮7 大齿轮9 偏心齿轮10 心轴11 机身12 连杆13 滑块14 上模15 下模16 垫板17 工作台18 液压气垫 J31 315型压力机的工作原理 工作原理 与JB23 63型压力机相同 只是它的工作机构采用了偏心齿轮驱动的曲柄连杆机构 即在最末一级齿轮上铸有一个偏心轮 构成偏心齿轮 如图所示 偏心齿轮9由小齿轮8带动 在心轴10上旋转 带动套在偏心齿轮上的连杆12摆动 连杆带动滑块13上下运动 实现冲压加工 此外 这种压力机上还装有液压气垫18 在拉深工序中起压边作用或冲裁卸料时顶出制件 曲柄压力机组成 1 工作机构 曲柄crankshaft 连杆connectingrod 滑块slide将曲柄的旋转运动转变为滑块的直线往复运动 由滑块带动模具工作 2 传动系统 齿轮gear 轴 皮带strap起能量传递作用和速度转换作用 3 操纵系统 离合器clutch 制动器brake 飞轮flywheel用以控制工作机构的工作和停止 4 能源系统 电机electromotor 飞轮flywheel电机提供机器运行能源 对飞轮加速 飞轮储存和释放能量 5 支承部件 机身 machine body 6 辅助系统 润滑lubricate 保护protect 气垫airspring提高压力机安全性和操作方便性 1 按机身结构形式分为开式压力机和闭式压力机 开式单点压力机 闭式单点压力机 曲柄压力机的分类 闭式整体机身 闭式组合机身 2 按压力机连杆数量分类 分为单点压力机 双点压力机和四点压力机 单点压力机的滑块由一个连杆带动 一般均为小型压力机 双点压力机的滑块由两个连杆带动 运动平稳 精度高 一般为中型压力机 四点压力机的滑块由两对连杆带动 运动平稳 双点压力机外形及工作原理图 四点压力机外形图 3 按压力机滑块数量分为单动压力机 双动压力机 双动压力机在工作机构中有内外两个滑块 内滑块安装在外滑块内 各种机构分别驱动 适合于大型制件拉深工艺 多用于车身制造 4 按压力机工作台特点分类分为固定工作台压力机 可倾工作台压力机 升降台压力机 可移动台压力机和回转台压力机 曲柄压力机型号表示方法锻压设备的型号由锻压设备名称 结构特征 主参数等项目的代号组成 用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示 表示方法如下 型号的第一个字母表示类别 即机械式压力机类 采用 机 字的汉语拼音第一个大写字母 J 表示 型号的第二个字母表示压力机经过变型设计的代号 如A B C 分别表示第一次 第二次 第三次 变型设计 字母后面的第一个数字表示压力机的列别 第二个数字表示压力机的组别 如 31 表示闭式曲轴压力机系列中的闭式压力机组 后面的数字表示压力机的标称压力 常称吨位 也就是压力机的规格 转化为法定单位单位制的 kN 时 应把此数字乘以10 如160表示公称压力1600kN型号最未端的字母表示压力机经过改进设计的代号 如A B C 分别表示第一次 第二次 第三次 改进设计 压力机的规格除了在型号已表示出来的公称压力外 还有滑块行程 每分钟行程次数 最大闭合高度 工作台尺寸 电机功率等等 这些具体的技术规格是压力机选用 安装调整及工艺设计 模具设计等的必要数据 二次改进的630KN开式可倾曲柄压力机 例如 JB23 63A 曲柄压力机的分类 成型机械及控制 前章回顾 JB23 63型压力机运动原理图 1 电动机2 小带轮3 大带轮4 小齿轮5大齿轮6 离合器7 曲轴8 制动器9 连杆10 滑块11 上模12 下模13 垫板14 工作台15 机身 二次改进的630KN开式可倾曲柄压力机 型号识别 JB23 63A 电动机1通过三角皮带把运动传给大皮带轮3 再经小齿轮4 大齿轮5传给曲轴7 连杆9上端装在曲轴上 下端与滑块10连接 把曲轴的旋转运动变为滑块的直线往复运动 上模11装在滑块上 下模12装在工作台的垫板13上 因此 当材料放在上下模之间时 即能进行冲裁及其它冲压成形工艺 由于生产工艺的需要 滑块有时运动 有时停止 所以装有离合器6与制动器8 压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短 也就是说 有负荷的工作时间很短 大部分时间为无负荷的空闲时间 为了使电动机的负荷均匀 有效地利用能量 因而装有飞轮 大皮带轮3即起飞轮的作用 JB23 63型压力机工作原理 J31 315型压力机外形图 J31 315型压力机运动原理图 1 电动机2 小带轮3 大带轮4 制动器5 离合器6 8 小齿轮7 大齿轮9 偏心齿轮10 心轴11 机身12 连杆13 滑块14 上模15 下模16 垫板17 工作台18 液压气垫 J31 315型压力机的工作原理 工作原理 与JB23 63型压力机相同 只是它的工作机构采用了偏心齿轮驱动的曲柄连杆机构 即在最末一级齿轮上铸有一个偏心轮 构成偏心齿轮 如图所示 偏心齿轮9由小齿轮8带动 在心轴10上旋转 带动套在偏心齿轮上的连杆12摆动 连杆带动滑块13上下运动 实现冲压加工 此外 这种压力机上还装有液压气垫18 在拉深工序中起压边作用或冲裁卸料时顶出制件 压力机类别 开式可倾 闭式双点单动 闭式双动 二 曲柄滑块运动的运动与受力 一 运动规律 V速度 t时间V速度 转角 S 滑块位移displacementV 速度velocitya 加速度acceleration 曲柄转角turningangle 1 结点正置曲柄滑块机构 结点 crunode结点正置 滑块与连杆的连结点B的运动轨迹位于曲轴旋转中心O与B的连线上 1 位移与转角 一般 0 3常取 0 1 0 2 1 结点正置曲柄滑块机构 2 速度与转角 余弦定理 而 V必须合理国内一般取Vmax 130 435mm s 1 结点正置曲柄滑块机构 3 加速度与转角 余弦定理 而 滑块在上下止点时 滑块速度为零 加速度值最大 相应运动惯性较大 并且转速越高 w值越大 惯性力越大 对于高速冲床来说 设法平衡惯性力对于保证压力机正常工作非常重要 否则由于惯性力引起的不平衡会使机器产生较大的振动和噪声 减低加工零件质量 高速压力机需要校核 1 结点正置曲柄滑块机构 J31 160的位移 速度 加速度曲线 余弦定理 而 了解滑块的位移 速度 加速度 有利于设备的正确选用 因为不同成形工艺和成形材料常常要求不同的成形速度和加速度 如 普通碳钢的成形速度接近不锈钢的最大成形速度的两倍 分别为400mm s和180mm s 2 结点偏置的曲柄滑块机构 曲柄旋转中心与滑块的直线运动方向不在同一直线 正偏置 急进慢回特性 常用于 平锻机负偏置 慢进急回特性 常用于 热模锻机 冷挤压机 而 为负值 转角 0时 S V a均不为0 具有急回 负偏置 或急进 正偏置 特征 二 曲柄滑块受力 1 结点正置 连杆受力 忽略摩擦力 F为工件变形力 Q为导轨作用力 FAB为连杆作用力 二 曲柄滑块受力分析 1 结点正置 2 曲轴受力 理想当量力臂 二 曲柄滑块受力 1 结点正置 2 曲轴受力 F一定时 ML随a变化 a越大 ML越大 ML一定时 机构能承受的工件变形抗力随a值的减少而增加 即在较小的a值下 能承受的工件变形抗力较大 定义一临界角 标称压力角 ag 在此点能承受的工件变形抗力称为标称压力Fg 二 曲柄滑块受力 1 结点正置 3 压力机许用负荷 考虑到机器的强度和刚度当a ag 限定F Fg 二 曲柄滑块受力 4 考虑摩擦时的受力 see 图2 7 P17 1 滑块与导轨摩擦 2 曲轴支承颈d0与轴承之间的摩擦摩擦力矩 3 曲柄颈与连杆 dA 之间 4 连杆销 dB 与滑块之间 根据功率平衡原理 曲轴总扭矩 mq当量力臂 摩擦系数取值 开式0 04 0 05闭式0 045 0 055 二 曲柄滑块受力 2 结点偏置 负偏置时将 改为负值代入 摩擦扭矩计算同结点正置机构 三 曲轴强度与滑块许用负荷 强度计算 方法一 简支梁法比实测大50 方法二 弹性基础梁法比实例大100 方法三 均布载荷简支梁与实测值接近但有距离方法四 两集中力简支梁与实测接近简化方法 1 齿轮的作用力忽略2 连杆对对曲轴作用力等于公称压力Pg危险截面 位置确定以及危险截面上的 n 安全系数取2 5 3 5 1 曲轴设计 制造材料 一般 45大型 合金钢小型 QT60 2锻造比取2 5 3设计步骤 1 先根据经验公式决定曲轴有关尺寸2 后根据理论公式进行精确核验 三 曲轴强度与滑块许用负荷 2 许用负荷 压力机驱动扭矩恒定 取值为标称压力点之Mgq值 1 许用负荷随转角 的增大而减少 严格注意工作角度 在标称行程外 压力机能抽收的力达不到标称压力数值 2 在标称行程内 模具工艺力也不能大于设备标称压力 3 冲裁时 拉深时压力机力作用行程不一样 注意选择 3 公称压力角 g 预先选定工作角 此角对应压力机的公称压力 对应于公称压力行程Sg选用范围 小型压力机 g 30o中大型压力机 g 20o 三 曲柄压力机主要零部件结构 一 曲柄滑块机构 二 离合器与制动器 三 机身结构 四 动力与传动系统 五 辅助装置 一 曲柄滑块机构 1 曲柄滑块机构的结构 1 连杆体2 轴瓦3 曲轴4 打料横杆5 滑块6 调节螺杆7 下支承座8 保护装置9 锁紧螺钉10 锁紧块11 模具夹持块12 锁紧块导向销 JB23 63曲柄滑块机构结构图 一 曲柄滑块机构 1 曲柄滑块机构的结构 1 连杆体2 调节螺杆3 滑块4 拨块5 蜗轮6 保护装置7 偏心齿轮8 芯轴9 电动机10 蜗杆 J31 315压力机曲柄滑块机构结构图 1 曲柄滑块机构的结构 1 曲柄 2 连杆 3 滑块 4 装模高度调节装置 5 超载保护装置 6 顶件装置 1 曲柄滑块机构的结构 1 曲柄a 曲柄轴式 曲轴式 特点 两个对称的支撑颈和一个曲柄颈 R大 滑块行程大 适用 行程较大的压力机 在工作台面较大的压力机上 采用双曲柄形式 曲轴毛坯为锻件 机械加工比较复杂 1 支承颈 2 曲柄臂 3 曲柄颈 4 连杆 JB23 63压力机 设计关键 强度校核与刚度校核曲柄颈截面校核抗弯强度 支撑颈截面校核抗扭强度 1 曲柄滑块机构的结构 1 曲柄b 偏心轴式特点 曲轴颈短而粗 支座间距小 结构紧凑 刚性好 1 支承颈 3 曲柄颈 4 连杆 曲柄颈与连杆 dA 之间摩擦力矩 但偏心部分直径大 摩擦损耗多 制造较为困难 适用 行程较小的压力机 1 曲柄滑块机构的结构 1 曲柄c 曲拐轴式特点 连杆大端和曲拐轴左端的曲拐颈相连 曲拐颈形成悬臂 结构简单 制造方便 但是刚性较差 随曲柄半径R增加 轴颈增大 摩擦损耗增大 因此R不能太大 设置偏心套后可改变偏心半径R值 即滑块行程可调 适用 开式单柱压力机 1 支承颈 4 连杆 5 曲拐颈 1 曲柄滑块机构的结构 1 曲柄d 偏心齿轮式特点 曲柄颈是大齿轮上所带的偏心部分 受力情况较好 只承受扭矩 弯矩由芯轴承受 毛坯为铸件 芯轴为光轴 制造容易 结构紧凑 但偏心部分直径大 工作时磨擦损失大 超载时容易发生卡死 适用 中大型冲床和冷挤压机上广泛采用偏心齿轮代替曲轴 4 连杆 6 芯轴 7 偏心齿轮 J31 315压力机 随堂问答 图示压力机曲柄滑块机构的曲柄形式 1 偏心套 2 曲拐轴 3 连杆 4 滑块 曲拐轴式 2 连杆及装模高度调节机构 为适应不同闭合高度的模具 压力机的装模高度必须能够调节 球头式连杆调节滑块高度 手动 球头式连杆由连杆1和调节螺杆6组成 调节螺杆下部的球头与滑块5连接 连杆体上部的轴瓦与曲轴3连接 用扳手转动调节螺杆 即可调节螺杆旋进 出连杆体 使装模高度增大 减小 为防止装模高度在冲压过程中自行改变 设有锁紧装置 由锁紧块10和锁紧螺钉9组成 拧动锁紧螺钉 可使两锁紧块压紧调节螺杆 防止松动 2 连杆及装模高度调节机构 球头式连杆调节滑块高度 机动 球头式连杆由连杆1和调节螺杆2组成 调节螺杆的转动靠拨块4完成 螺杆球头的侧面有两个销子 拨块上的两个叉口叉在销子上 拨快旋转时 通过销子拨动螺杆旋转 拨块由蜗轮5 蜗杆10带动 涡轮蜗杆由电机驱动 通过电机的正反转实现装模高度的增大与减小 特点 结构紧凑 可降低压力机高度 由于调节螺杆时需旋转 加上工作时连杆摆动 连杆与滑块的铰接处为球头 球头和支承座加工困难 需专用设备 螺杆抗弯性能不强 2 连杆及装模高度调节机构 柱销式连杆 调节滑块高度 柱销式连杆不直接与滑块体相连 而是装配在调节螺杆上 调节螺杆通过蜗轮与滑块本体相连 转动蜗杆5使蜗轮转动 使滑块本体上下移动 连杆与滑块的铰接点距滑块下平面的距离发生变化 从而调节装模高度 特点 柱销式连杆的抗弯强度提高 铰接柱销的加工方便 J31 160A连杆及装模高度调节装置图 1 导套 2 调节螺杆 3 连杆 4 蜗轮 5 顶料杆 6 滑块 7 蜗杆 8 连杆销 2 连杆及装模高度调节机构 柱塞导向式连杆 调节滑块高度 柱塞导向式连杆不直接与滑块体相连 而是通过一个导向柱塞5与滑块连接 偏心齿轮和连杆可以密封在机身的上横梁中 变为浸油润滑 减小齿轮磨损 降低传动噪声 此外 导向柱塞在导向导套4内滑动 相当于加长了滑块的导向长度 提高了压力机的运动精度 在大型压力中应用广泛 1 偏心齿轮 2 润滑油 3 上横梁 4 导向导套 5 导向柱塞 6 调节螺杆 特点 加工 安装比较复杂 压力机高度有所增加 通过机动装置使滑块上下移动而调节装模高度 2 连杆及装模高度调节机构 设计校核 1 支承处滑动轴承 轴瓦 一般载荷较大 应检查压强2 连杆及调节螺杆强度应校核压缩应力连杆材料 45调质 180MpaQT45 5 85MpaQT60 2 120Mpa螺母材料 HT20 40 55MpaZG35 80MpaQT45 5 70Mpa一般应校核螺母 因为螺母材料差 螺母螺纹常为锯齿螺纹和梯形螺纹 在螺牙根处有最大弯曲应力 3 超载保护装置 按工作性质分 限制压力 限制扭矩 按结构工作原理分 破坏式 自动恢复式 压塌块式保护装置 压力机过载时 压塌块a b处二圆形截面首先发生剪切破坏 使连杆相对滑块移动一个距离 保证压力机的受力零件不过载 同时通过微动开关 控制线路切断 特点 装置结构简单 制造方便 但压塌块会由于材料的疲劳产生破坏 不能准确地限制过载力 并且不能用在多点压力机上 超载时无法保证多个连杆下的压塌块同时断裂 注意点 计算时考虑疲劳强度 3 超载保护装置 液压式过载保护装置 液压垫内有一定预压力 过载时 液压垫内油压急剧升高而引起卸荷 液压垫内的油液经卸荷阀流回油箱 连杆相对滑块移动一个距离 压力机卸载 并触动限位开关5 切断控制线路 压力机停车 特点 过载临界点可以准确设定 过载后恢复容易 广泛应用于中大型压力机 注意点 1 初始油压选一定 太高不行 太低油可压缩 影响精度2 油流速3 油泵恒供高压油 解决电能消耗 成型机械及控制 前节回顾 结点正置曲柄滑块机构 一般 0 3常取 0 1 0 2 行程 速度 加速度曲线 余弦定理 而 连杆及装模高度调节机构 为适应不同闭合高度的模具 压力机的装模高度必须能够调节 球头式连杆调节滑块高度 手动 球头式连杆由连杆1和调节螺杆6组成 调节螺杆下部的球头与滑块5连接 连杆体上部的轴瓦与曲轴3连接 用扳手转动调节螺杆 即可调节螺杆旋进 出连杆体 使装模高度增大 减小 为防止装模高度在冲压过程中自行改变 设有锁紧装置 由锁紧块10和锁紧螺钉9组成 拧动锁紧螺钉 可使两锁紧块压紧调节螺杆 防止松动 连杆及装模高度调节机构 球头式连杆调节滑块高度 机动 球头式连杆由连杆1和调节螺杆2组成 调节螺杆的转动靠拨块4完成 螺杆球头的侧面有两个销子 拨块上的两个叉口叉在销子上 拨快旋转时 通过销子拨动螺杆旋转 拨块由蜗轮5 蜗杆10带动 涡轮蜗杆由电机驱动 通过电机的正反转实现装模高度的增大与减小 特点 结构紧凑 可降低压力机高度 由于调节螺杆时需旋转 加上工作时连杆摆动 连杆与滑块的铰接处为球头 球头和支承座加工困难 需专用设备 螺杆抗弯性能不强 连杆及装模高度调节机构 柱销式连杆 调节滑块高度 柱销式连杆不直接与滑块体相连 而是装配在调节螺杆上 调节螺杆通过蜗轮与滑块本体相连 转动蜗杆5使蜗轮转动 使滑块本体上下移动 连杆与滑块的铰接点距滑块下平面的距离发生变化 从而调节装模高度 特点 柱销式连杆的抗弯强度提高 铰接柱销的加工方便 J31 160A连杆及装模高度调节装置图 1 导套 2 调节螺杆 3 连杆 4 蜗轮 5 顶料杆 6 滑块 7 蜗杆 8 连杆销 4 滑块与导轨 滑块作用 1 将连杆摆动转化为直线运动2 为模具提供初步导向3 安装上模 传递机构作用力4 安装打料杆 保护装置 调节装置等 技术要求 1 垂直度与不平度2 导轨与滑块面保持一定间隙3 滑块导向面有足够长度 高 宽4 足够强度 刚度 截面合理 减轻重量5 力求简单 紧凑 重心通过其几何中心 4 滑块与导轨 滑块导轨结构形式 a b V形导轨 一边固定 一边可调 只能单面调节导轨间隙 一般用于开式压力机 c 四个导向面 两个面固定 承受滑块工作侧向力 另外两个45o面可调 结构调节容易 但精度一般 用于大中型闭式压力机 d 四个45o导向面 均单独可调 使各方向精确调整间隙 但调整困难 用于滑块较重 又不能水平移动的压力机上 如带有导向柱塞的压力机 e 八个导向面 均单独可调 导向精度高 在大中型压力机上广泛应用 4 滑块与导轨 滑块导轨设计 校核 强度 刚度 变形 由弯曲变形和剪切变形组成 单点压力机 纯压缩不必计算 多点压力机 铸铁或钢板焊滑块 属短粗梁进行强度刚度计算滑块倾斜 多点压力机滑块倾斜度分析 原因 转角相位差引起倾斜 连杆结点偏差引起的滑块倾斜 曲柄半径长度误差引起倾斜 连杆长度误差引起倾斜 5 模具装夹及打料 通过滑块上的模具夹持块夹紧模具的模柄来实现 若模具工作时回程力较大 除用模柄夹持外 还应用压板将上模压紧在滑块上 中大型模具的上模多采用压板方式 通过打料横杆打料 1 连杆体2 轴瓦3 曲轴4 打料横杆5 滑块6 调节螺杆7 下支承座8 保护装置9 锁紧螺钉10 锁紧块11 模具夹持块12 锁紧块导向销 2 机身 机身类型 开式机身闭式机身开式 双柱固定台 单柱固定台 单柱活动台闭式 整体式 组合式 作用 上部分作为传动机构的支架 中间装有工作垫板 工作垫板和工作台上均有漏料孔 压力机工作时 机身要承受全部的变形力 其变形对冲压工艺有很大影响 要求 1 强度 刚度满足要求2 简单 方便3 易加工4 振动 噪音少5 美观 2 机身 开式机身 三面敞开 刚度差 小型 开式压力机受力作用时 出现纵向变形 使压力机的装模高度变大 并使滑块相对于工作台产生倾斜角 缺点 机身产生角变形 上下模具不能很好对中 冲头和凹模间隙不均匀 产生水平方向侧压力 加剧模具磨损 甚至引起冲头折断 影响冲压零件质量 开式机身由于角度形 应按刚度设计提高刚度措施 1 合理设计截面 2 高弹模材料 3 改进机身结构 加拉杆 组合式 2 机身 闭式机身 两侧封闭 中大型 闭式压力机形成对称封闭的框形结构 受力后仅产生垂直变形 刚度比开式机身好 缺点 只能在前后两面操作 整体机身加工装配工作量小 但需大型设备 组合机身由横梁 底座 立柱和拉杆四部分组成 工作时框架受力 装配时立柱需要进行预紧 保证工作时设备框架在受力后不产生错移 预热法 see图2 19 电加热法 2 机身 闭式机身 两侧封闭 中大型 强度计算 根据压力机参数标准核算危险截面的最大拉应力与最大压应力注意点 1 静态实测比计算大 动态实测又比静态大2 圆角转弯处应力集中厉害 必须注意大圆角及壁厚突变 需要考虑 立柱及拉紧螺栓底座横梁厚大变形很小 立柱变形大 考虑预压缩 预紧 3 离合器和制动器clutchandbrake 作用 控制压力机工作机构的运动和停止在曲柄压力机开机运转中 电动机和蓄能飞轮是不停地旋转的 而作为工作机构的曲柄滑块机构 却必须根据工艺操作的需要时动时停 这就需要用离合器来控制传动系统和工作机构的接合或脱开 每当滑块需要运动时 则离合器接合 飞轮便通过离合器将运动传递给其后的从动部分 传动系统和工作机构 使滑块运动 要求 当滑块需要停止在所需要的位置上 滑块行程的上止点或行程中的任意位置 时 则离合器脱开 飞轮便与其后的从动部分脱离联系 飞轮自己空运转 但由于惯性作用 与飞轮脱离联系的从动部分还会继续运动 引起滑块连冲现象 为了使滑块立即停止在所需要的位置上 必须设置制动器来对从动部分进行制动 两者必须密切配合和协调工作 才能达到 令行禁止 的效果 除了少数小型压力机制动器是在经常作用外 多数压力机的离合器接合前 制动器必须松开 制动器制动前 离合器必须脱开 也就是说离合器和制动器不允许有同时接合的时刻存在 否则将引起摩擦元件严重发热和磨损 甚至无法继续工作 一般压力机在不工作时 离合器总是处于脱开状态 而制动器则总是处在制动状态 从操作的可靠性和安全性考虑 操纵系统必须符合以下要求 1 离合器和制动器的动作必须协调 2 工作正确 不能有误动作 3 动作要灵敏 稳定 可靠 3 离合器和制动器clutchandbrake 3 离合器和制动器clutchandbrake 分类 离合器 刚性离合器 摩擦离合器制动器 圆盘式制动器 带式制动器 闸瓦式制动器其中 刚性离合器依靠刚性结合零件使主动部分和从动部分产生连接和分离两种状态 实现祛病机构的工作和停止 起来 分类 转键式 滑销式 滚柱式 牙嵌式 1 转键式离合器 双转键离合器有二个转键 工作键 主键 和填充键 辅键 两者通过拉板连接得以联动 主键的作用是担负传递全部冲压工作行程的动力 铺键的作用 一是调整模具时可使曲轴反转 二是防止曲轴旋转发生 超前 现象 这种 超前 现象是由于连杆机构的自重作用或其它原因 如弹性卸料或压料装置的作用力 造成曲轴转速在工作行程或回程中发生短暂的超过大齿轮转速的现象 超前 现象会造成主键与中套的撞击 工作原理 齿轮3与中套4通过平键连接 曲轴1与端套6 7通过键连接 齿轮3通过滑动轴承2支承在6 7上 分离状态 转键5 14隐藏在曲轴的半圆槽内 结合状态 转键5 14旋转 半圆形截面凸出曲轴凹槽 将中套4与曲轴连接一起旋转 转键操作原理 在工作转键5的右端装有一套四连杆机构11 将工作转键5与止逆转键14连接在一起 使两者同步转动 弹簧10的一端与拔爪8相连 另一端通过端套7与轴1连接 弹簧10的收缩将转键旋入轴的半圆槽内 转键半月形部分与轴1的外圆构成光滑的圆柱体 此时齿轮3与轴1可自由相对转动 离合器外与分离状态 如图 b 所示 当操纵杆12将拨爪8连同一对键顺时针拨转45 时 离合器外于接合状态 如图 c 所示 1 转键式离合器 操纵机构 电磁铁吸合 摆杆8拉动拉杆5向下运动 拉杆5带动打杆3下行 同时带动齿条下行 使齿轮1旋转 关闭器旋转 让开尾板 离合器结合 断电后 打杆3复位 曲轴转动一周尾板被关闭器限制 离合器分离 故障时 打杆3不复位 凸块旋转一周接触打杆3 使打杆3上移 带动齿轮齿条动作 使关闭器旋转复位 1 转键式离合器 特点和应用 利用置于轴上的键 转过一定角度后卡在轴套键槽中 实现传递转矩 结构简单 但有较大冲击 可在转速 200r min下接合 启动后一定要运行一个周期至上死点 不能急刹车 一般用在1000KN以下压力机 特点 转键受冲击载荷材料 40Cr 50Cr T7 T10处理 转键中间HRC50 55 转键两端HRC30 35 要求表面粗糙度Ra1 6及一定配合精度 2 牙嵌式离合器 特点和应用 结构简单 外形尺寸小 传递转矩大 结合后主从动轴无相对滑动 传动比不变 但接合时有冲击 适合转速小 300r min下接合 制动轮 用键紧固在曲轴 的一端 制动带 包在制动轮的外沿 其内层铆接着摩擦带 制动带的两端各铆接在拉板 和11上 紧边拉板与机身铰接 松边拉板用制动弹簧 张紧 制动轮与曲轴有一偏心距 当滑块向下运动时 偏心轮对制动带的张紧力逐渐减小 制动力矩也逐渐减小 滑块到下止点时 制动带最松 制动力矩最小 当滑块向上运动时 制动带逐渐拉紧 制动力矩增大 滑块在上止点时 制动带绷得最紧 制动力矩最大 制动力矩大小可通过调节螺钉1来调节 3 带式制动器偏心带式制动器 3 带式制动器偏心带式制动器 特点 结构简单 缺点 制动力矩随曲轴的转动一直存在 增加了压力机的能耗 并加速了摩擦材料的磨损 需要经常对制动带进行调整 适用 一般用于小型压力机 与刚性离合器配合使用 制动轮 与曲轴是同心的 凸轮 根据需要制成一定的轮廓曲线 一般滑块在上止点时制动带张得最紧 当滑块下行时 制动带不完全松开 保持一定的张紧力 防止连杆滑块的 超前 运动 当滑块上行时 制动带完全松开 减少能量的损耗 这种制动器也与刚性离合器配合使用 特点 解决偏心带式制动器的能耗 利用凸轮的突变张紧制动带 在非制动行程 制动带可松开 3 带式制动器凸轮带式制动器 气缸进气时 压缩制动弹簧 制动带松开 排气时 在制动弹簧的作用下拉紧制动带 产生制动作用 这种制动器只在制动时对曲轴有制动力矩作用 其它时候制动带完全松开 所以能量损耗小 且可以任意角度制动曲轴 一般和摩擦离合器配合使用 但其结构比较复杂 特点 消耗能量小 与摩擦离合器配套用于平锻机和热模锻压力机 需要气源 3 带式制动器气动带式制动器 4 摩擦离合 制动器 结构特征 从动摩擦片 主动摩擦片 气压驱动离一制位置 一般为悬臂式 其结构合理 维修方便 大中型压机应用多 4 摩擦离合 制动器 结构特征 从动摩擦片 主动摩擦片 气压驱动离一制位置 一般为悬臂式 其结构合理 维修方便 大中型压机应用多 摩擦离合器特点 1 随时结合脱开 可寸动2 接合平稳 可高速下工作3 扭矩 制动矩大4 复杂成本高 发热摩擦材料要求 1 摩擦系数大2 耐热 耐磨3 抗胶合4 强度常用材料 石棉塑料 铜基粉末冶金 石棉铜摩擦离合器设计计算 1 选择摩擦材料和根据离合器所需传递扭矩确定摩擦面尺寸2 按发热 磨损核算工作能力3 接合力 活塞面积 行程计算4 主要零件强度 摩擦离合 制动器 JA31 160B曲柄压力机的盘式摩擦离合器 制动器 1 气缸 2 活塞 3 离合器外齿圈 4 传动轴 5 推杆 6 从动摩擦片 7 大带轮 8 离合器内齿圈 9 主动摩擦片 10 制动弹簧 11 制动器内齿圈 12 制动摩擦片 13 制动器外齿圈 14 小齿轮 15 制动压紧块 3 摩擦离合 制动器 摩擦离合器特点 结构复杂 外形尺寸大 成本高 需要气源 发热 成型机械及控制 前节回顾 滑块导轨形式 刚性离合器 转键式 摩擦离合 制动器 JA31 160B曲柄压力机的盘式摩擦离合器 制动器 1 气缸 2 活塞 3 离合器外齿圈 4 传动轴 5 推杆 6 从动摩擦片 7 大带轮 8 离合器内齿圈 9 主动摩擦片 10 制动弹簧 11 制动器内齿圈 12 制动摩擦片 13 制动器外齿圈 14 小齿轮 15 制动压紧块 4 动力与传动系统 1 电动机及飞轮 飞轮作用 储存和释放能量 非冲压时期 电动机驱动飞轮使其转速加快 冲压时 飞轮释放能量而转速降低 飞轮释放能量 飞轮释放能量后 角速度降低 冲压工作完成后 飞轮轴负载减少 电动机带动飞轮加速旋转 使其在下一个工作时恢复到初始角速度 飞轮所储存的能量与其转动角速度成正比 转速高的大惯性轮其着飞轮作用 如大带轮 4 动力与传动系统 1 电动机功率选择和校核 电动机功率计算 按一循环平均消耗能量求出电动机平均功率Pm 然后选定所需电动机功率P kW Pm A 1000t P kPmk 功率系数 1 2 1 6 A 压力机一个工作周期所需总能量 单位J t 60 nCn 一个完整工作周期的总耗时 单位s n为滑块每分钟行程次数 Cn为行程利用系数 手工送料0 4 0 8 自动送料1 0 一个工作循环消耗功 工件变形消耗A1 有效功压边消耗A2 有效功 如拉深时的压边力等摩擦消耗A3 零件的摩擦损耗弹性变形消耗A4 零件受力弹性变形损耗空行程消耗A5 连续行程时占总能量的10 35 飞轮空转消耗A6 占总能量的6 30 离合器结合消耗A7 占总能量的20 1 电动机功率选择和校核 A3 A7计算较为麻烦 一般可用压力机的效率表示 因此 压力机工作时主要依靠飞轮释放能量 忽略电动机在冲压过程中的输出能量 则 2 飞轮校核 目的 考察压力机进行锻冲工件时的工作行程之后 飞轮的转速下降是否在电动机转差率的允许范围之内 若飞轮转速下降过大 会造成电动机过热烧坏 i为电动机轴至飞轮轴的传动比 4 动力与传动系统 2 传动系统布置方式 上传动和下传动 以压力机工作台面为界 上传动安装与维修方便 下传动重心低 运动平稳 安装维护困难 主轴放置方式 垂直式 平行式平行式曲轴和传动轴较长 受力点与制成轴承距离较大 受力情况不好 平行安放 垂直安放 大齿轮安装位置 机身外侧 机身内侧 4 动力与传动系统 3 传动级数和速比分配 原则 压力机的传动级数与电动机的转速和滑块行程次数有关 当滑块行程次数大于70次 min时 应采用单级传动 主要用于冲裁和冲孔工序 当滑块行程次数在70 30次 min时 应采用两级传动 适合成形工序和浅拉深成形 当滑块行程次数在30 10次 min时 应采用三级传动 这种压力机有相当大的能量 适合长距离工作行程 如高拉深成形 在10次 min以下的采用四级传动 速比计算与分配 1 总传动比 电机转速 曲轴转速2 将总传动比大致均匀地分配至各级传动传动结构 第一级用三角带 其他级用齿轮飞轮转速 设在300 400r min的那一级轴上 转速慢作用弱 转速高制动器发热严重 4 动力与传动系统 4 离合器和制动器安装位置 单级 曲轴上刚性离合器制动器 曲轴上 刚性离合器不适于高速运动 摩擦离合器 一般置于传动轴上或曲轴上 视情况而定行程次数高压力机 曲轴上原因 利用大齿轮的飞轮作用 能量损失小行程次数低压力机 传动 飞轮 轴上传动零件计算原则 1 电动机轴到飞轮轴之间传动零件按电动机额定功率或额定扭矩计算2 曲轴到飞轮轴之间传动零件按所需曲轴传动矩进行强度计算优化设计 速比优化 转速优化 目的 结构紧凑 总转动惯量小 5 辅助装置 压力机辅助装置包括 气路系统和润滑系统 拉探垫 滑块平衡装置 移动工作台 移动工作台 a 左右移出式 b 前向移出式 c 一侧移出式 在通用压力机上使用的拉深垫的工作情况 作压边用 5 辅助装置 在双动压力机上使用拉深垫的工作情况 作顶出用 5 辅助装置 JA36 160型压力机单活塞式气垫 5 辅助装置 气垫力的大小取决于活塞面积 活塞个数及空气压力 单活塞气垫尺寸较大 多用于工作台下空间较大的压力机 J23 400型压力机三活塞式气垫 5 辅助装置 三个活塞由一个活塞杆串联 三层气缸的推力相加 拉深垫锁紧装置 5 辅助装置 一般滑块回程时 气垫托板也向上顶起 对一般压力机来说可以满足要求 但对少数特殊情况 如上模内带有弹簧的定位块或压紧块以及双动压力机 需要拉深垫的顶起比滑块回程滞后一段时间 即滑块从下死点上行一段时间后气垫再上行 此执行机构即为拉深垫锁紧装置 动作 滑块下行时带动拉深垫活塞下行 此时旁路开闭阀3打开 锁紧油缸下腔内的油进入上腔 滑块到下死点时 旁路关闭 阻止拉深气垫活塞上升 拉深垫被锁紧 通过电信号打开旁路油阀后 解除锁紧 6 滑块平衡装置 作用 1 平衡滑块质量 改善曲柄滑块机构的运动特性 2 将曲柄滑块机构的连接节点保证为单边接触 避免换向带来的冲击 减少噪声 提高机构的运行精度和平衡性 3 防止滑车 滑块掉落 3 滑块行程次数n 4 压力机装模高度H和封闭高度 5 压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸 6 漏料孔尺寸 7 模柄孔尺寸 1 公称压力 2 滑块行程 五 曲柄压力机主要技术参数与选用 1 技术参数 压力机的技术参数反映一台压力机的工艺能力 所能加工制件的尺寸范围以及有关生产率指标 同时也是选择 使用压力机和设计模具的重要依据 通用压力机的主要技术参数如下 通用压力机的公称压力是指滑块至下止点前 某一特定距离S0或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度 0时 滑块上所容许承受的最大作用力 此处的特定距离称为公称压力行程 额定压力行程或名义压力行程 此时的特定角度称为公称压力角 额定压力角或名义压力角 例如J31 315型压力机的公称压力为3150kN 是指滑块离下止点前10 5mm 相当于公称压力角为20 时滑块上所容许的最大作用力 1 公称压力 1 公称压力 目前公称压力已经系列化 例如有63 l00 160 250 400 630 1000 1600 2500 3150 4000 滑块行程s是指压力机滑块从上止点到下止点所经过的距离 它的大小随工艺用途和公称压力的不同而不同 它是曲柄半径的两倍 或是偏心齿轮 偏心轴销偏心距的两倍 2 滑块行程 例如 JB23 63型压力机的滑块行程为120mm J31 315型压力机的滑块行程为400mm 滑块行程应满足制件进人模具与退出模具以及操作方便的要求 有的压力机的滑块行程是设计成可调节的 它是指滑块每分钟从上止点到下止点 然后再回到上止点的往复次数 例如 J31 315型压力机的滑块行程次数为16次 min 滑块行程可以是单动或连续动作 在连续动作时 通常认为大于30次 min时 人工送料很难配合好 因此行程次数高的压力机只有安装自动送料装置才能充分发挥效能 3 滑块行程次数 压力机装模高度H是指压力机滑块处于下止点位置时 滑块下表面到工作垫板上表面的距离 当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时 即当连杆调至最短时 装模高度达到最大值 称为最大装模高度 模具的闭合高度应小于压力机的最大装模高度 装模高度调节装置所能调节的距离称为装模高度调节量 例如 J31 315型压力机的最大装模高度为500mm 装模高度调节量为250mm 4 压力机装模高度H和封闭高度 和装模高度并行的参数还有封闭高度 所谓封闭高度是指滑块在下止点时 滑块下表面到工作台上表面的距离 它和装模高度之差恰是垫板的厚度 工作台面尺寸A B与滑块底面尺寸J K是与模架平面尺寸有关的尺寸 通常对于闭式压力机 这两者尺寸大体相同 而开式压力机则 J K A B 为了用压板对模座进行固定 这两者尺寸应比模座尺寸大出必要的加压板空间 对于小模力的模具 通常上模座只是用模柄固定到滑块上 可不考虑加压板空间 如直接用螺栓固定模座 虽不用留出加压板空间 但必须考虑工作台面及滑块底面上放螺栓的T形槽大小及分布 5 压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸 当制件或废料漏料时 工作台或垫板孔 漏料孔 的尺寸应大于制件或废料尺寸 当模具需要装有弹性顶料装置时 弹性顶料装置的外型尺寸应小于漏料孔尺寸 模具下模板的外形尺寸应大于漏料孔尺寸 否则需增加附加垫板 6 漏料孔尺寸 当模具需要用模柄与滑块相连时 滑块内模柄孔的直径和深度应与模具模柄尺寸相协调 7 模柄孔尺寸 所选压力机的公称压力应大于冲压时所需的工作压力 且制件负荷曲线应不超过压力机的需用负荷 1 公称压力 2 压力机的选择